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Voyage au cœur d’un cerveau de mouche

Une nouvelle technique d’imagerie 3D mise au point par une équipe de chercheurs américains permet de visualiser beaucoup plus rapidement le cerveau entier d’une mouche.

Imagerie optique à l'échelle nanométrique représentant diverses structures neuronales de souris et de drosophiles.© Gao et al.

Un seuil semble avoir été franchi en matière d’imagerie médicale. Des chercheurs du MIT, de l’université de Californie à Berkeley, de l'institut médical Howard Hughes et de l'École médicale Harvard/hôpital pédiatrique de Boston ont réussi à visualiser, à l’échelle nanométrique, le cerveau entier d’une mouche ainsi que de grandes parties du cerveau d'une souris. Une prouesse d'autant plus étonnante qu'elle a été obtenue à une vitesse encore inégalée. Cette expérience a été rapportée le 17 janvier 2019 dans la revue Science.

Pour cartographier l'ensemble des neurones et des synapses de ces cerveaux, les chercheurs ont combiné deux techniques de pointe. La microscopie par dilatation, tout d'abord, qui consiste à injecter du gel dans les tissus : ceux-ci, dilatés comme des ballons (jusqu'à quatre fois leur volume habituel, sans perturbation de leur structure) rendent les connexions entre les neurones plus visibles. Quant à la microscopie à nappe de lumière ou en fluorescence, elle permet de réduire le temps de captation des images – plus long pour les tissus dilatés par le gel – et d'obtenir une résolution optimale.

Cerveau d’une mouche dont les tissus ont été dilatés quatre fois par le gel. Les neurones dopaminergiques (en vert) peuvent être aperçus avec le microscope en fluorescence.© Gao et al.

Les chercheurs ont ainsi pu obtenir des images extrêmement précises des épines dendritiques de souris, ainsi que celles du cerveau entier d'une mouche. Celui-ci a été imagé en seulement 62,5 heures, ce qui est sept fois plus rapide que les microscopes à haute résolution les plus efficaces. Grâce à cette technique, les chercheurs espèrent parvenir à cartographier l'ensemble des circuits neuronaux du cerveau d'une manière si détaillée qu’il sera possible de simuler son fonctionnement sur ordinateur.

Pour Eric Betzig, lauréat du prix Nobel de chimie 2014 pour ses travaux en microscopie en fluorescence, et qui a participé à l’expérience, cette performance inaugure de nouvelles pistes de travail sur le fonctionnement de la mémoire ou les différences entre les cerveaux des hommes et ceux des femmes.

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